自学指导书参考样板.docx
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自学指导书参考样板
专业：
建筑工程技术层次：
专科（专科、高起本、专升本）
课程名称：
工程测量
教材名称：
，出版社（年月版），主编：
第二章：
水准测量
一.教学内容：
水准测量原理，水准仪的使用，水准测量的外业、内业。
二.教学要求：
1.深刻理解水准测量的原理和高程传递要领。
2.清楚水准仪的构造，及其主要轴线的关系。
3.掌握水准仪的操作要领，能够完成水准测量中的观测、检核、记录、计算，及水准测量路线的成果计算。
三.重点、难点及处理方法：
重点是水准测量的外业实施，难点在于水准测量的内业处理，通过多媒体课件形象地说明问题。
四.学时分配：
面授学时：
4，自学学时：
4
五.学习方法：
首先将教材第二章内容从头至尾仔细地阅读一遍。
在阅读的过程中，应注意各节中重要的概念、原理和方法，以及难点和疑点问题，对各种内容做好标记符号，便于以后阅读。
第二遍结合自学指导书阅读授课主要内容，解决重点、疑点和难点问题，然后看复习思考题及自测题。
等面授完成后再做作业题，做作业题时可以参看例题选解。
如还有疑难问题可在答疑辅导时与授课教师探讨，也可参阅参考文献中的其它教材。
六.学习内容指导：
高程测量：
测定地面点高程的工作。
高程测量分类：
按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为水准测量、三角高程测量、GPS高程测量和气压高程测量。
水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。
2.1水准测量原理
水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
①高差法
高差即两点间高程之差。
A点到B点的高差为B点的高程减去A点的高程，即：
（从图上可以看出，B点的高程为
，A点的高程为
，那么AB两点的高程为
，假设水准仪在A点水准尺上的读数为a，在B点的读数为b，那么即
（后－前）
则
②仪高（视线高）法
——仪器视线高程（即水平视线到大地水准面的铅垂距离）
仪器高法一般适用于安置一次仪器测定多点高程的情况，如线路高程测量、大面积场地平整高程测量。
2.2水准测量的仪器和工具
水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫。
水准仪的认识:
水准仪按其精度可以分为
等四个等级。
水准仪的种类:
水准仪按其构造可以分为以下4类：
∙激光水准仪
∙电子水准仪
∙自动安平水准仪
∙微倾式水准仪
一、水准仪的构造（DS3级微倾式水准仪）
根据水准测量的原理，水准仪的主要作用是提供一条水平视线，并能够瞄准水准尺读数。
那么，要能提供一条水平视线，就要求水准仪有一个指示是否水平的水准器，并且还要有一个能够将水准器调节至水平状态的部件。
要能够瞄准远处的水准尺，就要求水准仪有一个望远镜。
因此，水准仪主要由三个部分组成：
望远镜、水准器、基座
1.望远镜
望远镜主要由四大光学部件组成：
物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜，另外还包括一些调节螺旋。
望远镜是用来照准远处竖立的水准尺并读取水准尺上的读数，要求望远镜能看清水准尺上的分划和注记并有读数标志。
十字丝分划板是一块玻璃片，上面刻有两条相互垂直的长线，竖直的一条称为竖丝，横的一条称为中丝。
在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测量距离的，称为视距丝。
由视距丝测量出的距离就称为视距。
十字丝的交点与物镜光心的连线，称为视准轴。
水准测量是在视准轴水平的时候，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。
现在来看看微倾式水准仪望远镜的成像原理。
现在来看看微倾式水准仪望远镜的成像原理。
目标物体发出的光线经物镜、调焦透镜后，在十字丝分划板上成倒立的实像，通过目镜放大后成倒立的虚像，同时十字丝也同时放大。
型水准仪的放大的倍数一般为28。
型微倾式水准仪在目镜端观察到的物体成像是倒立的，而
型自动安平水准仪看到的物体成像是正的。
根据在目镜端观察到的物体成像情况，望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。
视差：
观测者的眼睛在目镜端上下移动时，目标像与十字丝有相对移动。
视差会降低读数的精度。
产生的原因：
目标成像面与十字丝分划板不重合。
消除的办法：
反复进行物镜、目镜对光。
（操作：
先旋转目镜调焦螺旋，使十字丝十分清晰；然后旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰）
2.水准器
水准器用于置平仪器。
水准器有管水准器和圆水准器两种。
（1）管水准器
管水准器由玻璃圆管制成，其内壁磨成一定半径R的圆弧，如图2-5所示。
将管内注酒精和乙醚的混合液，加热封闭，冷却后，管内形成的空隙部分充满了液体的蒸汽，称为水准气泡。
因为蒸汽的比重小于液体，所以，水准气泡总是位于内圆弧的最高点。
管水准器内圆弧中点O称为管水准器的零点，过零点做内圆弧的切线LL称为管水准器轴（或水准管轴）。
当管水准器气泡居中时，管水准器轴LL处于水平位置。
在管水准器的外表面，对称于零点的左右两侧，刻划有2mm间隔的分划线。
定义2mm弧长所对的圆心角称为管水准器的分划值。
公式：
τ″=2/R×ρ″
ρ″=206265″
分划值τ″的几何意义为：
当水准气泡移动2mm时，管水准器倾斜的角度为τ″。
性质：
1、R愈大，τ愈小，水准管的精度愈高。
2、
水准仪的分划值为20″/2mm
为了提高水准气泡的居中精度，在管水准器的上方装有一组符合棱镜，通过这组棱镜，将气泡两端的影像反射到望远镜旁的管水准气泡观察窗内，旋转微倾螺旋，当窗内气泡两端的影像吻合后，表示气泡居中。
制造水准仪时，使管水准器轴平行于望远镜的视准轴。
旋转微倾螺旋使管水准气泡居中时，管水准器轴处于水平位置，从而使望远镜的视准轴也处于水平位置。
（2）圆水准器
构造：
内表磨成球面的玻璃圆盒。
零点：
圆水准器的球面顶点。
圆水准器轴：
过圆水准器零点的球面法线。
分划值τ：
一般为8′～10′。
作用：
粗平仪器，使水准仪竖轴大致竖直，通过调节三个脚螺旋实现。
（3）基座
基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连接到三脚架上。
基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。
二、水准尺和尺垫
水准尺的种类
水准尺一般用优质木材、铝合金或玻璃钢制成，长度从2-5m不等。
根据构造可以分为直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分为单面分划和双面分划两种。
双面水准尺，一般长3m，多用于三、四等水准测量，以两把尺为一对使用。
尺的两面均有分划，一面为黑白相间称黑面尺；另一面为红白相间称红面尺，两面的最小分划均为1cm，分米处有注记。
“E”的最长分划线为分米的起始。
读数时直接读取米、分米、厘米，估读毫米，单位为米或毫米。
两把尺的黑面均由零开始分划和注记。
红面的分划和注记，一把尺由4.687m开始分划和注记，另一把尺由4.787m开始分划和注记，两把尺红面注记的零点差为0.1m。
塔尺，有3m、4m、5m多种，常用于碎部测量。
铟刚尺，通常是单面尺，一般长3m或2m。
常与精密水准仪配套使用，用于国家一、二等水准测量。
尺垫
尺垫是在转点处放置水准尺用的，它是用生铁铸成的三角形板座，尺垫中央有一凸起的半球体，以便于放置水准尺，下有三个尖足便于将其踩入土中，以固稳防动。
2.3水准仪的使用
水准仪的使用包括仪器的安置、粗平、照准、精平和读数。
一、安置水准仪：
要求高度适中，架头大致水平
二、粗略整平：
1）目的；2）方法；3）技巧
三、照准水准尺：
1）目镜调焦；2）粗略照准：
3）物镜调焦；
4）精确照准；5）消除视差
四、精平：
1）目的；2）方法；3）技巧
五、读数：
1）方法2）读后检查气泡精平。
2.4水准测量的外业
一、水准点
水准点是测区的高程控制点，一般缩写为“BM”，用“
”符号表示。
有永久性和临时性两种。
水准路线依据工程的性质和测区的情况，可布设成以下几种形式：
1.闭合水准路线
如图2-13a）所示，是从一已知水准点BMA出发，经过测量各测段的高差，求得沿线其它各点高程，最后又闭合到BMA的环形路线。
2.附合水准路线
如图2-13b）所示，是从一已知水准点BMA出发，经过测量各测段的高差，求得沿线其它各点高程，最后附合到另一已知水准点BMB的路线。
3.支水准路线
如图2-13c）所示；是从一已知水准点BM1出发，沿线往测其它各点高程到终点2，又从2点返测到BM1，其路线既不闭合又不附合，但必须是往返施测的路线。
二、水准测量的实施
普通水准测量通常用经检校后的DS3型水准仪施测。
水准尺采用塔尺或单面只，测量时水准仪应置于两水准尺中间，使前、后视的距离尽可能相等。
具体施测方法如下：
水准测量的具体步骤，以图为例：
（若要测AB两点间的高差，先在A点立水准点，然后选择一个点作为转点，在转点上安放尺垫，尺垫上立水准尺。
A点与转点之间距离一般不超过100m。
然后在A点和转点之间大致中点的位置（为了抵消地球曲率的影响），安置水准仪，按原理读取后、前视读数。
将观测的数据填写到相关的表格中。
这就是在第一测站上的工作。
然后前视尺不动（所谓前视尺，就是我们面向前进的方向所看见的水准尺，背对着的就是后视尺），后视尺移到第2个转点上，然后水准仪搬到1、2转点之间（也叫做搬站）。
接着读数，记录。
依次前进直到B点。
）
…………
可得：
Σh=Σa-Σb
所以：
三、水准测量的检核
1．计算校核
由公式（2-7）看出，B点对A点的高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和的差值，即：
hAB=∑h=∑a-∑b经上式校核无误后，说明高差计算是正确的。
按照各站观测高差和A点已知高程，推算出各转点的高程，最后求得终点B的高程。
终点B的高程HB减去起点A的高程HA应等于各站高差的代数和，即：
HB-HA＝∑h
经上式校核无误后，说明各转点高程的计算是正确的。
2．测站校核
水准测量连续性很强，一个测站的误差或错误对整个水准测量成果都有影响。
为了保证各个测站观测成果的正确性，可采用以下方法进行校核。
变更仪器高法：
在一个测站上用不同的仪器高度测出两次高差。
测得第一次高差后，改变仪器高度（至少10cm），然后再测一次高差。
当两次所测高差之差不大干3～5mm则认为观测值符合要求，取其平均值作为最后结果。
若大于3～5mm则需要重测。
双面尺法：
本法是仪器高度不变，而用水准尺的红面和黑面高差进行校核。
红、黑面高差之差也不能大于3～5mm。
3．成果校核
测量成果由于测量误差的影响，使得水准路线的实测高差值与应有值不相符，其差值称为高差闭合差，若高差闭合差在允许误差范围之内时，认为外业观测成果合格；若超过允许误差范围时，应查明原因进行重测，直到符合要求为止。
一般等外水准测量的高差容许闭合差为：
平原微丘区fh容=±12
mm
山岭重丘区fh容=±40
mm
式中：
L——水准路线长度，以km为单位。
五等水准测量的成果校核，主要考虑其高差闭合差是否超限。
根据不同的水准路线，其校核的方法也不同，各水准路线的高差闭合差计算公式如下：
（1）附合水准路线：
实测高差的总和与始、终已知水准点高差之差值称为附合水准路线的高差闭合差。
即：
fh=∑h-（H终-H始）
（2）闭合水准路线：
实测高差的代数和不等于零，其差值为闭合水准路线的高差闭合差。
即：
fh=∑h
（3）支水准路线：
实测往、返高差的绝对值之差称为支水准路线的高差闭合差。
即：
fh＝-｜h往｜-｜h返｜
2.5水准测量的内业
一、符合水准路线闭合差的计算和调整
1、计算闭合差：
闭合路线
附合路线
支路线
2、分配高差闭合差
1）高差闭合差限差（容许误差）
对于普通水准测量，有：
式中，
——高差闭合差限差，单位：
mm
L——水准路线长度，单位：
km；n——测站数
2）分配原则：
同精度观测
A分配原则：
将高差闭合差反符号与距离或测站数成正比分配给各测段。
B分配方法：
；或
C计算要求：
计算至mm，凑整，满足
，余数调整
3、计算各待定点高程
A计算改正后高差：
B计算高程
注意校核计算，准确无误。
例算：
（见教材例题）
七.例题选解
例1：
完成下列附合水准路线的成果调整表。
点名
测站数
实测高差（m）
改正数（mm）
改正后高差（m）
高程（m）
A
16
+3.334
43.564
1
14
-2.418
2
8
-0.389
3
13
-2.053
B
41.987
∑
辅助计算：
解：
计算表格如下：
点名
测站数
实测高差（m）
改正数（mm）
改正后高差（m）
高程（m）
A
16
+3.334
-16
+3.318
43.564
1
46.882
14
-2.418
-14
-2.432
2
44.450
8
-0.389
-8
-0.397
3
44.053
13
-2.053
-13
-2.066
B
41.987
∑
51
-1.526
-51
-1.577
辅助计算：
-1.526-（41.987-43.564）=+51mm
±85mm
八.思考题
（1）地面上两点M、N之间的高差为hMN，若hMN＜0，则点M于点N？
（2）水准仪必须满足那些条件？
（3）水准路线的布设形式有哪几种？
（4）为什么水准测量读数时，视线不能靠近地面？
（5）珠穆朗玛峰高为8844.43米，其含义是什么？
（6）水准测量的原理是什么？
（7）水准测量时，前、后视距相等可消除那些误差？
（8）水准测量中的测站检核有那几种？
如何进行？
（9）水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同?
，何为水准器分划值？
（10）水准测量时要求选择一定的路线进行施测，其目的何在？
九.学习参考资料
[1]《土木工程测量》（第二版），覃辉主编，同济大学出版社，2005年1月出版
[2]《测量学》（第二版），许娅娅主编，人民交通出版社，2002年3月
[3]《测量学》（第四版），合肥工业大学等合编，中国建筑工业出版社，2001年6月出版
[4]《测量学》，陆国胜主编，测绘出版社，2003年2月
[5]《测量学》，顾孝烈主编，同济大学出版社，2000年5月
[6]《工程测量学》， 张正禄主编，武汉大学出版社，2005年
[7]《数字测图原理与方法》，潘正风等，武汉大学出版社，2004年
[8]《桥隧控制测量》，贺国宏等，人民交通出版社，1999年
[9]《测量学》，杨松林，中国铁道出版社，2002年。
十.其他（即需要说明的事项，教师自定，没有内容可以不写）
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